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  <title>类加载机制 - caoyusang的科研日常</title>

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        2021年5月28日 晚上
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            <h1 style="display: none">类加载机制</h1>
            
              <p class="note note-info">
                
                  本文最后更新于：20 分钟前
                
              </p>
            
            <div class="markdown-body" id="post-body">
              <h2 id="类加载机制"><a href="#类加载机制" class="headerlink" title="类加载机制"></a>类加载机制</h2><p><code>当需要某个类的时候</code>，Java虚拟机会加载 .class 文件，并创建对应的class对象，将class文件加载到虚拟机的内存，这个过程被称为类的加载。</p>
<h3 id="类加载的时机"><a href="#类加载的时机" class="headerlink" title="类加载的时机"></a>类加载的时机</h3><ul>
<li>隐式加载 new 创建类的实例,</li>
<li>显式加载：loaderClass，forName等</li>
<li>访问类的静态变量，或者为静态变量赋值</li>
<li>调用类的静态方法</li>
<li>使用反射方式创建某个类或者接口对象的Class对象</li>
<li>初始化某个类的子类</li>
<li>直接使用<code>java.exe</code>命令来运行某个主类</li>
</ul>
<h3 id="类加载过程"><a href="#类加载过程" class="headerlink" title="类加载过程"></a>类加载过程</h3><p>下图展示了一个类的完整生命周期，虚线框内的部分为类加载的过程。</p>
<img src="/2021/05/28/%E7%B1%BB%E5%8A%A0%E8%BD%BD%E6%9C%BA%E5%88%B6/image-20210320164851353.png" srcset="/img/loading.gif" class="">
<ul>
<li><code>加载</code>——在这个阶段，JVM 的主要目的是将字节码转化为二进制字节流加载到内存中，接着会为这个类在 JVM 的<code>方法区</code>创建一个对应的 <code>Class 对象</code>，这个 Class 对象就是这个类各种数据的访问入口。这一阶段主要完成以下三件事：<ul>
<li>通过全类名获取定义此类的二进制字节流（比较常见的就是从 ZIP 包中读取（日后出现的JAR、EAR、WAR格式的基础）、其他文件生成（典型应用就是JSP）等等）</li>
<li>将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构</li>
<li>在内存中生成一个代表该类的 Class 对象，作为方法区这些数据的访问入口</li>
</ul>
</li>
<li>验证 —— 确保class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，不会危害虚拟机自身的安全，主要包括四种验证：文件格式的验证，元数据的验证，字节码验证，符号引用验证。</li>
<li><code>准备</code> —— 该阶段是正式为类变量分配内存并<code>设置类变量初始值</code>的阶段，这些内存都将在<code>方法区中分配</code>。<ul>
<li>这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在 Java 堆中。</li>
<li>这里所设置的初始值”通常情况”下是数据类型<code>默认的零值</code>（如0、0L、null、false等），比如我们定义了<code>public static int value=111</code> ，那么 value 变量在准备阶段的初始值就是 0 而不是111（初始化阶段才会赋值）。<code>特殊情况</code>：比如给 value 变量加上了 final 关键字<code>public static final int value=111</code> ，那么准备阶段 value 的值就被赋值为 111。</li>
</ul>
</li>
<li>解析 —— 解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用限定符7类符号引用进行。<code>得到类或者字段、方法在内存中的指针或者偏移量。</code></li>
<li><code>初始化</code> —— 初始化是类加载的最后一步，也是真正执行类中定义的 Java 程序代码(字节码)，初始化阶段是执行初始化方法 <code>&lt;clinit&gt; ()</code>的过程。只有主动去使用类才会初始化类，类初始化的触发条件：<ul>
<li>当遇到 new 、 getstatic、putstatic或invokestatic 这4条字节码指令时，比如 new 一个类，读取一个静态字段(未被 final 修饰)、或调用一个类的静态方法时。</li>
<li>使用 <code>java.lang.reflect</code> 包的方法对类进行反射调用时如Class.forname(“…”),newInstance()等等。 如果类没初始化，需要触发其初始化。</li>
<li>初始化一个类，如果其父类还未初始化，则先触发该父类的初始化。</li>
<li>当虚拟机启动时，用户需要定义一个要执行的主类 (包含 main 方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个类。</li>
<li>MethodHandle和VarHandle可以看作是轻量级的反射调用机制，而要想使用这2个调用， 就必须先使用findStaticVarHandle来初始化要调用的类。</li>
<li><strong>「补充」</strong> 当一个接口中定义了JDK8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h3 id="类加载器"><a href="#类加载器" class="headerlink" title="类加载器"></a>类加载器</h3><p>JVM 中内置了三个重要的 ClassLoader，除了BootstrapClassLoader 其他类加载器均由 Java 实现且全部继承自<code>java.lang.ClassLoader</code>：</p>
<ol>
<li><strong>BootstrapClassLoader(启动类加载器)</strong> ：最顶层的加载类，由C++实现，负责加载 <code>%JAVA_HOME%/lib</code>目录下的jar包和类或者被 <code>-Xbootclasspath</code>参数指定的路径中的所有类。</li>
<li><strong>ExtensionClassLoader(扩展类加载器)</strong> ：主要负责加载目录 <code>%JRE_HOME%/lib/ext</code> 目录下的jar包和类，或被 <code>java.ext.dirs</code> 系统变量所指定的路径下的jar包。</li>
<li><strong>AppClassLoader(应用程序类加载器)</strong> ：面向我们用户的加载器，负责加载当前应用classpath下的所有jar包和类。</li>
<li><strong>自定义类加载器</strong>，除了 <code>BootstrapClassLoader</code> ，其他类加载器均由 Java 实现且全部继承自<code>java.lang.ClassLoader</code>。如果我们要自定义自己的类加载器，很明显需要继承 <code>ClassLoader</code>。</li>
</ol>
<h3 id="双亲委派模型"><a href="#双亲委派模型" class="headerlink" title="双亲委派模型"></a>双亲委派模型</h3><p><code>原理</code></p>
<p>每一个类都有一个对应它的类加载器。系统中的类加载器在协同工作的时候会默认使用 <strong>双亲委派模型</strong> 。即在类加载的时候，系统会首先判断当前类是否被加载过。已经被加载的类会直接返回，否则才会尝试加载。如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行，如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的引导类加载器，如果父类加载器可以完成类加载任务，就<strong>成功返回</strong>，倘若父类加载器无法完成此加载任务，<strong>子加载器才会尝试自己去加载</strong>，这就是双亲委派模式。</p>
<img src="/2021/05/28/%E7%B1%BB%E5%8A%A0%E8%BD%BD%E6%9C%BA%E5%88%B6/5982616-aad63782162c9ae5.png" srcset="/img/loading.gif" class="">
<p><code>好处</code></p>
<p>双亲委派模型保证了Java程序的稳定运行，可以避免类的重复加载，当父类加载器已经加载了该类时，就没有必要子类加载器再加载一次（JVM 区分不同类的方式不仅仅根据类名，相同的类文件被不同的类加载器加载产生的是两个不同的类），也保证了 Java 的核心 API 不被篡改。如果没有使用双亲委派模型，而是每个类加载器加载自己的话就会出现一些问题，比如我们编写一个称为 <code>java.lang.Object</code> 类的话，那么程序运行的时候，系统就会出现多个不同的 <code>Object</code> 类</p>

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                <p class="note note-warning">本博客所有文章除特别声明外，均采用 <a target="_blank" href="https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.zh" rel="nofollow noopener noopener">CC BY-SA 4.0 协议</a> ，转载请注明出处！</p>
              
              
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        "类加载机制&nbsp;",
      ],
      cursorChar: "_",
      typeSpeed: 70,
      loop: false,
    });
    typed.stop();
    $(document).ready(function () {
      $(".typed-cursor").addClass("h2");
      typed.start();
    });
  </script>



  <script  src="https://cdn.staticfile.org/anchor-js/4.2.2/anchor.min.js" ></script>
  <script>
    anchors.options = {
      placement: "right",
      visible: "hover",
      
    };
    var el = "h1,h2,h3,h4,h5,h6".split(",");
    var res = [];
    for (item of el) {
      res.push(".markdown-body > " + item)
    }
    anchors.add(res.join(", "))
  </script>



  <script  src="/js/local-search.js" ></script>
  <script>
    var path = "/local-search.xml";
    var inputArea = document.querySelector("#local-search-input");
    inputArea.onclick = function () {
      searchFunc(path, 'local-search-input', 'local-search-result');
      this.onclick = null
    }
  </script>



  <script  src="https://cdn.staticfile.org/fancybox/3.5.7/jquery.fancybox.min.js" ></script>
  <link  rel="stylesheet" href="https://cdn.staticfile.org/fancybox/3.5.7/jquery.fancybox.min.css" />

  <script>
    $('#post img:not(.no-zoom img, img[no-zoom]), img[zoom]').each(
      function () {
        var element = document.createElement('a');
        $(element).attr('data-fancybox', 'images');
        $(element).attr('href', $(this).attr('src'));
        $(this).wrap(element);
      }
    );
  </script>





  

  
    <!-- MathJax -->
    <script>
      MathJax = {
        tex: {
          inlineMath: [['$', '$'], ['\\(', '\\)']]
        },
        options: {
          renderActions: {
            findScript: [10, doc => {
              document.querySelectorAll('script[type^="math/tex"]').forEach(node => {
                const display = !!node.type.match(/; *mode=display/);
                const math = new doc.options.MathItem(node.textContent, doc.inputJax[0], display);
                const text = document.createTextNode('');
                node.parentNode.replaceChild(text, node);
                math.start = { node: text, delim: '', n: 0 };
                math.end = { node: text, delim: '', n: 0 };
                doc.math.push(math);
              });
            }, '', false],
            insertedScript: [200, () => {
              document.querySelectorAll('mjx-container').forEach(node => {
                let target = node.parentNode;
                if (target.nodeName.toLowerCase() === 'li') {
                  target.parentNode.classList.add('has-jax');
                }
              });
            }, '', false]
          }
        }
      };
    </script>

    <script async src="https://cdn.staticfile.org/mathjax/3.0.5/es5/tex-svg.js" ></script>

  











</body>
</html>
